Computerwissenschaften

Multithreading in C # mit Aufgaben

Der Computerprogrammierbegriff „Thread“ steht für „Thread of Execution“, bei dem ein Prozessor einem bestimmten Pfad durch Ihren Code folgt. Das Konzept, mehr als einem Thread gleichzeitig zu folgen, führt das Thema Multitasking und Multithreading ein.

Eine Anwendung enthält einen oder mehrere Prozesse. Stellen Sie sich einen Prozess als ein Programm vor, das auf Ihrem Computer ausgeführt wird. Jetzt hat jeder Prozess einen oder mehrere Threads. Eine Spieleanwendung verfügt möglicherweise über einen Thread zum Laden von Ressourcen von der Festplatte, einen anderen zum Ausführen von KI und einen anderen zum Ausführen des Spiels als Server.

In .NET / Windows weist das Betriebssystem einem Thread Prozessorzeit zu. Jeder Thread verfolgt die Ausnahmebehandlungsroutinen und die Priorität, mit der er ausgeführt wird, und hat einen Ort, an dem der Thread-Kontext gespeichert werden kann, bis er ausgeführt wird. Der Thread-Kontext ist die Information, die der Thread wieder aufnehmen muss.

 

Multitasking mit Threads

Threads beanspruchen etwas Speicherplatz und das Erstellen dauert ein wenig. Daher möchten Sie normalerweise nicht viele verwenden. Denken Sie daran, sie konkurrieren um die Prozessorzeit. Wenn Ihr Computer über mehrere CPUs verfügt, führt Windows oder .NET möglicherweise jeden Thread auf einer anderen CPU aus. Wenn jedoch mehrere Threads auf derselben CPU ausgeführt werden, kann jeweils nur einer aktiv sein, und das Wechseln der Threads nimmt Zeit in Anspruch.

Die CPU führt einen Thread für einige Millionen Anweisungen aus und wechselt dann zu einem anderen Thread. Alle CPU-Register, der aktuelle Programmausführungspunkt und der Stapel müssen für den ersten Thread irgendwo gespeichert und dann für den nächsten Thread von einem anderen Ort wiederhergestellt werden.

 

Thread erstellen

Im Namespace System. Beim Einfädeln finden Sie den Gewindetyp. Der Konstruktor-Thread  (ThreadStart) erstellt eine Instanz eines Threads. Im aktuellen C # -Code wird jedoch eher ein Lambda-Ausdruck übergeben, der die Methode mit beliebigen Parametern aufruft.

Wenn Sie sich bei Lambda-Ausdrücken nicht sicher sind , sollten Sie sich LINQ ansehen.

Hier ist ein Beispiel für einen Thread, der erstellt und gestartet wird:

using System;
using System.Threading; 
Namespace ex1 
{ 
class Program 
{ 
public statisch void Write1 () 
{ 
Console.Write ('1'); 
Thread.Sleep (500); 
} 
static void Main (string [] args) 
{ 
var task=neuer Thread (Write1); 
task.Start (); 
für (var i=0; i <10; i ++) 
{ 
Console.Write ('0'); 
Console.Write (task.IsAlive? 'A': 'D'); 
Thread.Sleep (150); 
} 
Console.ReadKey (); 
} 
} 
}

In diesem Beispiel wird lediglich „1“ in die Konsole geschrieben. Der Haupt-Thread schreibt 10 Mal eine „0“ in die Konsole, gefolgt von einem „A“ oder „D“, je nachdem, ob der andere Thread noch aktiv oder tot ist.

Der andere Thread wird nur einmal ausgeführt und schreibt eine „1“. Nach der Verzögerung von einer halben Sekunde im Thread Write1 () wird der Thread beendet und Task.IsAlive in der Hauptschleife gibt jetzt „D“ zurück.

 

Thread-Pool und parallele Task-Bibliothek

Verwenden Sie einen Thread-Pool, anstatt einen eigenen Thread zu erstellen, es sei denn, Sie müssen dies wirklich tun. Ab .NET 4.0 haben wir Zugriff auf die Task Parallel Library (TPL). Wie im vorherigen Beispiel brauchen wir wieder ein bisschen LINQ, und ja, es sind alles Lambda-Ausdrücke.

Tasks verwendet den Thread-Pool hinter den Kulissen, nutzt die Threads jedoch je nach verwendeter Anzahl besser.

Das Hauptobjekt in der TPL ist eine Aufgabe. Dies ist eine Klasse, die eine asynchrone Operation darstellt. Der häufigste Weg, um Dinge zum Laufen zu bringen, ist mit Task.Factory.StartNew wie in:

Task.Factory.StartNew (() => DoSomething ());

Wobei DoSomething () die ausgeführte Methode ist. Es ist möglich, eine Aufgabe zu erstellen und nicht sofort ausführen zu lassen. Verwenden Sie in diesem Fall einfach die folgende Aufgabe:

var t=new Task (() => Console.WriteLine ("Hallo")); 
... 
t.Start ();

Das startet den Thread erst, wenn .Start () aufgerufen wird. Im folgenden Beispiel sind fünf Aufgaben aufgeführt.

using System; 
using System.Threading; 
using System.Threading.Tasks; 
Namespace ex1 
{ 
Klasse Programm 
{ 
public static void Write1 (int i) 
{ 
Console.Write (i); 
Thread.Sleep (50); 
} 
static void Main (string [] args) 
{ 
für (var i=0; i <5; i ++) 
{ 
var value=i; 
var runningTask=Task.Factory.StartNew (() => Write1 (Wert)); 
} 
Console.ReadKey (); 
} 
} 
}

Wenn Sie dies ausführen, erhalten Sie die Ziffern 0 bis 4 in zufälliger Reihenfolge, z. B. 03214. Dies liegt daran, dass die Reihenfolge der Aufgabenausführung von .NET bestimmt wird.

Sie fragen sich vielleicht, warum der var-Wert=i benötigt wird. Wenn Sie es entfernen und Write (i) aufrufen, sehen Sie etwas Unerwartetes wie 55555. Warum ist das so? Dies liegt daran, dass die Aufgabe den Wert von i zum Zeitpunkt der Ausführung der Aufgabe anzeigt und nicht zum Zeitpunkt der Erstellung der Aufgabe. Durch jedes Erstellen einer neuen Variablen in der Schleife wird jeder der fünf Werte korrekt gespeichert und erfasst.

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